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Wolfgang H. Stachowitz für DAS – <strong>IB</strong> <strong>GmbH</strong> www.das-ib.de Fax 0431 / 6838314<br />
Gedanken und Fakten im Rahmen einer Gefahrenanalyse zum Explosionsschutzdokument gemäß Betriebssicherheitsverordnung ATEX<br />
– Auswirkungen auf den Gasbetrieb bei Deponien und Biogasanlagen<br />
Gedanken und Fakten im Rahmen einer Gefahrenanalyse zum<br />
Explosionsschutzdokument gemäß<br />
Betriebssicherheitsverordnung „ATEX“ – Auswirkungen auf den<br />
Gasbetrieb bei Deponien und Biogasanlagen<br />
Stand: 4. IV. 2005<br />
Autor: Wolfgang H. Stachowitz, DAS – <strong>IB</strong> <strong>GmbH</strong>, www.das-ib.de<br />
DAS – <strong>IB</strong> <strong>GmbH</strong><br />
DeponieAnlagenbauStachowitz<br />
Biogas-, Klärgas- und Deponiegastechnologie:<br />
• Beratung, Planung, Projektierung<br />
• Schulung von Betreiberpersonal<br />
• Sachverständigentätigkeit (u.a. § 29a nach BImSchG und „öffentlich bestellter<br />
und vereidigter Sachverständiger“ bei der IHK zu Kiel)<br />
Flintbeker Str. 55<br />
D 24113 Kiel<br />
Tel. und Fax # 49 / 431 / 683814<br />
www.das-ib.de<br />
email: info@das-ib.de<br />
Wolfgang H. Stachowitz, www.das-ib.de Seite 1 / 16
Wolfgang H. Stachowitz für DAS – <strong>IB</strong> <strong>GmbH</strong> www.das-ib.de Fax 0431 / 6838314<br />
Gedanken und Fakten im Rahmen einer Gefahrenanalyse zum Explosionsschutzdokument gemäß Betriebssicherheitsverordnung ATEX<br />
– Auswirkungen auf den Gasbetrieb bei Deponien und Biogasanlagen<br />
1. Hintergrund, Basis: Betriebssicherheitsverordnung „ATEX“<br />
1.1 Umsetzung der EU – Richtlinie 99/92<br />
1.2 Hierarchien der Regelwerke<br />
1.3 Explosionsschutzdokument für den Gasbetrieb<br />
1.3.1 Grundsatzanforderungen<br />
1.3.2 Aufbau des Explosionsschutzdokumentes<br />
1.4 Zoneneinteilung, Definitionen<br />
1.5 Gefährdungsbeurteilung / Risikoeinschätzung /<br />
Schutzmaßnahmen<br />
1.6 Vorhersage unerwünschter Ereignisse<br />
1.7 Zündquellen<br />
2. Gefahrenanalyse im Rahmen des<br />
Explosionsschutzdokumentes<br />
3. Umsetzung für den Deponiegasbetrieb / Biogasbetrieb<br />
3.1 Entstehung Biogase<br />
3.2 Zusammensetzung von Biogasen<br />
3.3 Zeitlicher Verlauf der Deponiegasentstehung<br />
3.4 Explosionsfähige Atmosphäre des Biogases / Deponiegases<br />
3.5 Praktische Umsetzung für den Betrieb / Betreiber<br />
3.6 Nichts ist unmöglich / Die Freiheit nehme ich mir / Entdecke die<br />
Möglichkeiten<br />
4. Anlagen zum Explosionsschutzdokument (Auszug)<br />
4.1 Dreistoffdiagramm mit Explosionsbereich<br />
4.2 Kennzeichnung von Betriebsmitteln<br />
4.3 Sicherheitstechnische Kennzahlen (Methangasmischungen)<br />
4.4 Gefährdungspotential - Personenschutz<br />
5. Referenzen<br />
* Betriebssicherheitsverordnung – BetrSichV vom 27. September 2002<br />
(BGBl. I S. 3777) – Letzte Änderung: Bundesgesetzblatt 74 vom 30.XII.2004<br />
* Richtlinie 99/92/EG – ATEX 137 (118a) vom 16. Dezember 1999<br />
* Richtlinie 94/9/EG – ATEX 95 (100a) vom 23. März 1994<br />
* Biogas- und Deponiegashandbuch von DAS – <strong>IB</strong> <strong>GmbH</strong><br />
(Lehrgangsbuch: ISBN-Nr.: 3-88312-296-3, 2. Auflage Oktober 2004)<br />
* Sicherheitsregeln für landwirtschaftliche Biogasanlagen ,<br />
Stand: 05.09.2002<br />
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Gedanken und Fakten im Rahmen einer Gefahrenanalyse zum Explosionsschutzdokument gemäß Betriebssicherheitsverordnung ATEX<br />
– Auswirkungen auf den Gasbetrieb bei Deponien und Biogasanlagen<br />
Einleitung:<br />
Dieser Vortrag ist eine Ergänzung und Erweiterung des Eröffnungsvortrages<br />
vom Vortage des LUA Brandenburg - Herrn Drewes, da in diesem Vortrag die<br />
Ergänzungen aus der EU – Richtlinie 99/92 für die Besitzer von Bio- /<br />
Deponiegasanlagen dargelegt wird. Erstm<strong>als</strong> steht nämlich der Besitzer<br />
(„Arbeitgeber“) im Mittelpunkt von sicherheitsrelevanten Fixierungen – ER muß<br />
ein Explosionsschutzdokument mit einer Gefahrenanalyse und Risikoanalyse<br />
seiner Anlage erstellen und nicht eine Behörde oder ein sog.<br />
„Sachverständiger“ / „Befähigte Person“. Dieser Besitzer („Arbeitgeber“) kann<br />
aber, …..lesen Sie nun in Ruhe weiter ….. :<br />
1. Hintergrund, Basis: Betriebssicherheitsverordnung „ATEX“<br />
ATEX – was steht dahinter:<br />
ATmosphere EXplosible – explosionsfähige Atmosphäre<br />
Vier Buchstaben ………………<br />
…………………… zwei große Richtlinien<br />
ATEX 100a in der Branche bekannt, jetzt ATEX 95 oder besser Richtlinie<br />
94/9/EG vom 23. März 1994<br />
„Richtlinie zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedsstaaten für<br />
Geräte und Schutzsysteme zur bestimmungsgemäßen Verwendung in<br />
explosionsgefährdeten Bereichen“<br />
Umsetzung durch 11.GPSGV (11. Verordnung zum Geräte- und<br />
Produktsicherheitsgesetz - Explosionsschutzverordnung) in Deutschland.<br />
Neu in Deutschland ist, das diese Verordnung sowohl für elektrische wie auch<br />
nichtelektrische Bauteile gilt.<br />
ATEX 137 (118), eindeutiger <strong>als</strong> Richtlinie 99/92/EG vom 16. Dezember 1999<br />
bezeichnet, „ Richtlinie über Mindestvorschriften zur Verbesserung des<br />
Gesundheitsschutzes und der Sicherheit der Arbeitnehmer, die durch<br />
explosionsfähige Atmosphäre gefährdet werden können“<br />
und ist in Deutschland in die Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) vom<br />
27. September 2002 eingeflossen: „Verordnung über Sicherheit und<br />
Gesundheitsschutz bei der Bereitstellung von Arbeitsmitteln und deren<br />
Benutzung bei der Arbeit, über Sicherheit beim Betrieb<br />
überwachungsbedürftiger Anlagen und über die Organisation des betrieblichen<br />
Arbeitsschutzes“<br />
1.1 Umsetzung der EU – Richtlinie 99/92<br />
Die Richtlinie 99/92 (ATEX 137) richtet sich an die Betreiber. Der Betreiber hat<br />
Sicherheitsanforderungen umsetzten wie z.B.:<br />
- Vermeiden von Ex – Gemischen, Zündquellen, (…) und falls nicht möglich (..)<br />
- Auswirkungen von Explosionen eingrenzen.<br />
Darüber hinaus muss der Betreiber eine Zoneneinteilung für seinen Betrieb<br />
anfertigen und ein Explosionsschutzdokument erstellen - bis 31. Dezember<br />
2005 nach § 27(1) BetriebSichV.<br />
Dazu muss er alle Bereiche nach den v.g. Zonen bewerten und<br />
dokumentieren.<br />
- Warnschilder (W21) aufstellen (…)<br />
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Gedanken und Fakten im Rahmen einer Gefahrenanalyse zum Explosionsschutzdokument gemäß Betriebssicherheitsverordnung ATEX<br />
– Auswirkungen auf den Gasbetrieb bei Deponien und Biogasanlagen<br />
- Risiken beurteilen, Wahrscheinlichkeiten definieren und das<br />
Explosionsschutzdokument „ständig“ pflegen<br />
Begriffsbestimmung nach § 1 (Anwendung) BetriebSichV: Bereitstellung und<br />
Benutzung von Arbeitsmittel …. Arbeitgeber < - > Beschäftigte<br />
Nicht: Eigenes Werkzeug ! Nicht: Unbenutzte Kranbahn Nicht: 1 Bauer von<br />
einer Biogasanlage (BGA) !!<br />
Obwohl ein Explosionsschutzdokument zur eigenen Sicherheit und zur<br />
Risikoabschätzung seiner Biogasanlage sicherlich vorteilhaft wäre.<br />
Neues EG – Konzept<br />
Stachowitz, Jan. 2005<br />
Durchführung: DAS – <strong>IB</strong> <strong>GmbH</strong>, www.das-ib.de, info@das-ib.de<br />
99/92/EG (ATEX 137) BetriebSichV 94/9/EG (ATEX 95) 11.GSGV „ExVO“<br />
Anhebung des Sicherheitsniveau<br />
und Gesundheitsschutz - ><br />
Vorschriften für den Betrieb<br />
Nutznießer: Arbeiter<br />
Gebrauch von Produkten /<br />
Ausrüstungen am Arbeitsplatz<br />
Mindestanforderungen<br />
Die Mitgliedstaaten dürfen<br />
weitergehende Festlegungen zu<br />
dieser Richtlinie treffen, sofern diese<br />
der Richtlinie nicht widersprechen<br />
1.2 Hierarchien der Regelwerke<br />
Gestaltung / Herstellung sicherer<br />
Produkte + Abbau technischer<br />
Handelshemmnisse<br />
Nutznießer: Lebewesen<br />
Gestaltung, Konstruktion / Herstellung,<br />
in Verkehr bringen und <strong>IB</strong>N von<br />
Produkten / Ausrüstungen<br />
Grundlegende Anforderungen /<br />
Technische Festlegungen<br />
Die Mitgliedstaaten dürfen<br />
widersprechende nationale Gesetze und<br />
weitere Festlegungen weder erlassen<br />
noch beibehalten<br />
Regelungen zu Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz:<br />
1. Richtlinien der Europäischen Union, die der Staat in nationales Recht<br />
umzusetzen hat<br />
2. Gesetze und Verordnungen des Staates<br />
3. Unfallverhütungsvorschriften und Normen<br />
Frage: Wie wird nun z.B. folgender Widerspruch gelöst?<br />
GUV – R 127 (Deponien) 5.13.7 „Gasleitungen und flexible<br />
Rohrleitungen müssen mindestens für die Nenndruckstufe PN 6<br />
ausgelegt sein.“<br />
Sicherheitsregeln Biogasanlagen 2.7.1: „Rohrleitungen … und flexible<br />
Anschlüsse müssen mindestens der konstruktiven Festigkeit 1 bar<br />
aufweisen.<br />
Antwort: Was haben Sie in Ihrem Explosionsschutzdokument für Ihre Anlage<br />
im Rahmen der Gefahrenanalyse bestimmt?<br />
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Gedanken und Fakten im Rahmen einer Gefahrenanalyse zum Explosionsschutzdokument gemäß Betriebssicherheitsverordnung ATEX<br />
– Auswirkungen auf den Gasbetrieb bei Deponien und Biogasanlagen<br />
Hier müssen sich jetzt Genehmigungsbehörden / Arbeitsschutzbehörden<br />
„umstellen“, die sich bis dato „nur“ auf der Ebene von Richtlinien und Normen<br />
bewegt haben. Das notwendige Explosionsschutzdokument mit der Definition<br />
des Normalbetriebes incl. Risiko- und Gefahrenanalyse der betreffenden<br />
Anlage des Betreibers bewegt sich auf der Ebene „Gesetzte / Verordnungen“.<br />
Wobei natürlich nicht nur der Normalbetrieb betrachtet werden darf, es müssen<br />
auch Vorkehrungen für die Wartung, zu erwartende Störungen und ggfs. An –<br />
und Abfahrvorgänge betrachtet werden. Die Abwehrmaßnahmen /<br />
Gefahrenabwehr / Sicherheitsmaßnahmen können je<strong>doc</strong>h vom Betreiber in<br />
diesen unterschiedlichen Phasen unterschiedlich „gehandelt“ werden. D.h.<br />
nicht mehr die komplett „mögliche“ Sicherheitstechnik muß für alle Phase vom<br />
Eigentümer (Arbeitgeber) eingebaut werden, sondern nur die „notwendige“<br />
Sicherheitstechnik ist für die unterschiedlichen Phasen „vorzuhalten“ (z.B.<br />
mobil statt stationär). Neu ist nun: Der Eigentümer (Arbeitgeber) definiert und<br />
trägt Verantwortung.<br />
1.3 Explosionsschutzdokument für den Gasbetrieb<br />
Gemäß BetriebSichV § 27(1) Übergangsvorschriften hat der Arbeitgeber ein<br />
Explosionsschutzdokument nach § 6 bis spätestens 31. Dezember 2005 zu<br />
erstellen. Das Explosionsschutzdokument ist vor Aufnahme der Arbeit zu<br />
erstellen § 6(1).<br />
1.3.1 Grundsatzanforderungen<br />
Grundsatzanforderungen an das Explosionsschutzdokument<br />
• Erkennen von Gefährdungen<br />
• Ex – Gefährdung ermitteln und bewerten von Ex - Atmosphäre<br />
• Bereiche (Zonen) ermitteln in denen eine Explosionsgefährdung auftreten<br />
kann<br />
• Kriterien festlegen, wonach die Arbeitsmittel für diese Bereiche<br />
auszuwählen sind - > 94/9/EG<br />
• Ermitteln, ob Zündquellen vorhanden sind !!<br />
• Mit welchen Maßnahmen eine Gefährdung vermieden bzw. begegnet<br />
werden kann, ggfs. Auswirkungen einer Explosion abschätzen<br />
(„Schnapsglas“)<br />
• Bewerten des Risikos und Maßnahmen zur Verringerung des Risikos<br />
• Kriterien für die Arbeitsmittel (Ex – Bereiche / Zonen) festlegen<br />
• Organisatorische Maßnahmen beschreiben: Normalbetrieb, Wartung,<br />
Störungen, An – und Abfahrvorgänge etc. getrennt<br />
1.3.2 Aufbau des Explosionsschutzdokumentes<br />
Beschreibende Informationen:<br />
• Bezeichnung des Arbeitsbereiches<br />
• Benennung der Verantwortlichen<br />
• Charakterisierung der baulichen und örtlichen Gegebenheiten<br />
• Anlagen- und Verfahrensbeschreibung<br />
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– Auswirkungen auf den Gasbetrieb bei Deponien und Biogasanlagen<br />
• Sicherheitstechnische Kenngrößen der eingesetzten Stoffe<br />
• Sicherheitsstrategie und Schutzmaßnahmen<br />
• Anforderungen bei Abweichungen vom Normalbetrieb (Wartung,<br />
Störungen / Notfälle …)<br />
• Gewährleistung der Sicherheit für Beschäftigte an „Randbereichen“ - ><br />
Koordination<br />
1.4 Zoneneinteilung, Definitionen<br />
Die Zoneneinteilung ist ein Verfahren zur Analyse und Klassifikation der<br />
Umgebung, in der explosionsfähige Gasatmosphäre auftreten können, um auf<br />
diese Weise die Auswahl von Geräten (Elektrische und Nichtelektrische<br />
Geräte) zu erleichtern, die in dieser Umgebung sicher betrieben werden<br />
können, wobei Explosionsgruppen und Temperaturklassen berücksichtigt<br />
werden.<br />
In der Praxis ist es in den meisten Situationen, in denen brennbare Stoffe<br />
verwendet werden, schwierig, sicherzustellen, dass sich niem<strong>als</strong> eine<br />
explosionsfähige Gasatmosphäre bilden wird.<br />
Ebenso schwierig ist es, die Möglichkeit von Zündquellen bei elektrischen<br />
Betriebsmitteln völlig auszuschließen. - > Wahrscheinlichkeiten !!<br />
Der erste Schritt besteht in der Beurteilung dieser Wahrscheinlichkeiten nach<br />
den Definitionen von Zonen. - > Explosionsschutzdokument gem. BetriebSichV<br />
(ATEX)!!<br />
Dies erfordert eine eingehende Betrachtung jedes Bauteiles der<br />
Prozessanlage, das brennbare Stoffe enthält und deshalb eine<br />
Freisetzungsquelle sein könnte.<br />
Definition nach EN 60079-10 / VDE 0165 Teil 101und BetriebSichV;<br />
Zonen:<br />
Gefährdete Bereiche werden nach der Häufigkeit des Auftretens und der Dauer<br />
des Vorhandenseins einer explosionsfähigen Gasatmosphäre wie folgt in<br />
Zonen aufgeteilt:<br />
Zone 0<br />
Alt: Umfasst Bereiche, in denen gefährliche explosionsfähige Atmosphäre<br />
durch Gase, Dämpfe oder Nebel ständig oder langzeitig vorhanden ist.<br />
Neu: Bereich, in dem ständig, langzeitig oder häufig eine explosionsfähige<br />
Atmosphäre aus einem Gemisch von Luft mit brennbaren Substanzen in Form<br />
von Gas, Dampf oder Nebel vorhanden ist.<br />
Zone 1<br />
Alt: Umfasst Bereiche, in denen damit zu rechnen ist, dass gefährliche<br />
explosionsfähige Atmosphäre durch Gase, Dämpfe oder Nebel gelegentlich<br />
auftritt.<br />
Neu: Bereich, in dem damit zu rechnen ist, dass bei normalem Betrieb eine<br />
explosionsfähige Atmosphäre aus einem Gemisch von Luft mit brennbaren<br />
Substanzen in Form von Gas, Dampf oder Nebel gelegentlich auftritt.<br />
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Zone 2<br />
Alt: Umfasst Bereiche, in denen damit zu rechnen ist, dass gefährliche<br />
explosionsfähige Atmosphäre durch Gase, Dämpfe oder Nebel nur selten und<br />
dann auch nur kurzzeitig auftritt.<br />
Neu: Bereich, in dem nicht damit zu rechnen ist, dass bei normalem Betrieb<br />
eine explosionsfähige Atmosphäre aus einem Gemisch von Luft mit<br />
brennbaren Substanzen in Form von Gas, Dampf oder Nebel auftritt und wenn,<br />
dann nur selten und auch nur kurzfristig.<br />
Die Zoneneinteilung sollte von Personen vorgenommen werden, die Kenntnis<br />
von den Eigenschaften der brennbaren Stoffe, des Prozesses und der<br />
Betriebsmittel haben, ggfs. in Zusammenarbeit mit dem betreffenden<br />
sicherheits-, elektro-, maschinentechnischen und sonstigen<br />
ingenieurtechnischen Personal.<br />
Neuanlagen: 94/9/EG ATEX 95 vor der Inbetriebnahme (<strong>IB</strong>N) ab 1. Juli 2003<br />
verbindlich !<br />
Damit Klarheit über den Einsatz (Zone) des neuen Betriebsmittels herrscht.<br />
Altanlagen: 99/92/EG ATEX 137 - > Übergangsfrist für Betreiber bis 30.<br />
Dezember 2005, ab 1. Juli 2003 bindend.<br />
DOKUMENTIERT !<br />
1.5 Gefährdungsbeurteilung / Risikoeinschätzung /<br />
Schutzmaßnahmen<br />
Haben Sie Explosionsfähige Atmosphäre > ca. 5 l?<br />
• Medium ?<br />
• Operationen / Betrieb (Wann: Definition Normalbetrieb)?<br />
• wie häufig ?<br />
Haben Sie Zündquellen?<br />
• Potentiell gefährdete Bauteile<br />
• Zündquelle bei Normalbetrieb / Störung ?<br />
• Zündwirksamkeit<br />
Ihre Risikobewertung:<br />
• Kombination von Wahrscheinlichkeit und Auswirkungen (Explosion, oder<br />
Verpuffung, Verbrennung …)<br />
• Wahrscheinlichkeit der Ex – Atmosphäre (Zonendefinition)<br />
• Wahrscheinlichkeit der Zündquelle (Kategorie)<br />
Risikoeinschätzung ….. ist … die Wahrscheinlichkeit des Eintritts des<br />
Schadens.<br />
(BetriebSichV - > § 3 Gefährdungsbeurteilung)<br />
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Gedanken und Fakten im Rahmen einer Gefahrenanalyse zum Explosionsschutzdokument gemäß Betriebssicherheitsverordnung ATEX<br />
– Auswirkungen auf den Gasbetrieb bei Deponien und Biogasanlagen<br />
• Häufigkeit und Dauer der Gefährdungsexposition // Vermeidung des EX-<br />
Gemisches<br />
• Eintrittswahrscheinlichkeit eines Gefährdungsereignis // Vermeidung der<br />
Zündquelle<br />
• Möglichkeit zur Vermeidung oder Begrenzung / Auswirkung des<br />
Schadens<br />
Schutzmaßnahmen:<br />
• primär: Verhinderung der Entstehung der ex – fähigen Atmosphäre<br />
• sekundär: Ausschluss, Wirkungsbegrenzung potentieller Zündquellen<br />
(Zündquellenfrei)<br />
• tertiäre: Verminderung, Begrenzung, Ableitung der Wirkung<br />
(Auswirkungsbegrenzung)<br />
Wann ist die Gefährdungsbeurteilung im Explosionsschutzdokument zu<br />
aktualisieren:<br />
• Erstbeurteilung (Basis)<br />
• nach Änderung des Standes der Technik<br />
• bei Änderung im Betrieb<br />
• nach Auftreten von Arbeitsunfällen, „Störfallen“ / Störungen, …<br />
• nach Änderungen von „Vorschriften“: Verordnungen, Gesetzen, …<br />
• bei Neubeschaffungen<br />
Achtung: Anhang 4 BetriebSichV, Pkt.: 3.4<br />
.. vor Erreichen der Explosionsbedingungen optisch und akustisch zu warnen<br />
… wird oft vergessen!<br />
1.6 Vorhersage unerwünschter Ereignisse<br />
Wo ?<br />
hier können helfen: Propheten - Handleser - Wahrsager - Orakel oder<br />
eine Risikoanalyse?<br />
Dennoch ist das Risiko:<br />
Eintrittswahrscheinlichkeit x Tragweite des Ereignis<br />
WAHRSCHEINLICHKEIT KONSEQUENZ<br />
(Auswirkung)<br />
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– Auswirkungen auf den Gasbetrieb bei Deponien und Biogasanlagen<br />
Funktion / Produkt von<br />
SICHERHEIT herrscht vor, wenn das Risiko vertretbar ist!<br />
Zum Vergleich Todesfälle:<br />
Insektenstiche > Rasen mähen > Autofahrt M – HH >> Biogasunfälle<br />
1.7 Zündquellen<br />
Prüfen / Analysieren auf: Vorhandensein von wirksamen Zündquellen:<br />
• Heiße Oberflächen - > T4, Methan > 500 °C<br />
• Flammen und heiße Gase (Form, Struktur, Verweilzeit)<br />
• Mechanisch erzeugte Funken - > Reiben, Schlagen, Abtragen<br />
• Elektrische Anlagen - > Funken (Schaltvorgänge, Wackel-<br />
kontakt, Ausgleichströme), heiße<br />
Oberflächen (Bauteil)<br />
• Elektrische Ausgleichströme, kathodischer Korrosionsschutz<br />
- > Streu-, Rückströme (Schweißanlagen)<br />
- > Körper- oder Erdschluß<br />
- > magnetische Induktion (> I, HF)<br />
- > Blitzschlag<br />
• Statische Elektrizität - > Entladung von aufgeladener, isoliert<br />
angeordneten leitfähigen Teilen<br />
- > aufgeladenen Teilen aus<br />
nichtleitfähigen Stoffen (Kunststoffe) –<br />
Büschelentladungen, Trennvorgängen<br />
• Blitzschlag - > direkt und indirekt (Induktion)<br />
• Elektromagnetische Wellen 10.000 Hz – 3. 000. 000. 000. 000 Hz (HF)<br />
- > Funksender, Schweißmaschinen<br />
• Elektromagnetische Wellen 300. 000. 000. 000 Hz<br />
- 3. 000. 000. 000. 000. 000 Hz<br />
- > Fokussierung, starke Laserstrahlung<br />
• Ionisierende Strahlung - > Röntgen, radioaktive Strahlung<br />
• Ultraschall<br />
• Adiabatische Kompression und Stoßwellen<br />
• Exotherme Reaktion, einschließlich Selbstentzündung von Stäuben<br />
2. Gefahrenanalyse im Rahmen des<br />
Explosionsschutzdokument<br />
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– Auswirkungen auf den Gasbetrieb bei Deponien und Biogasanlagen<br />
Gefährdungsanalyse:<br />
Der iterative Weg zur Sicherheit<br />
Start<br />
E N D E<br />
Stachowitz, Dez. 2003<br />
Festlegung des bestimmungsgemäßen<br />
Betrieb (Risiko – Akzeptanz)<br />
Ja !<br />
Gefährdungsidentifikation<br />
Risikoabschätzung<br />
Risikobewertung<br />
Sicher ?<br />
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Nein<br />
Risikoanalyse<br />
Maßnahmen zur<br />
Risikobegrenzung<br />
3. Umsetzung für den Deponiegasbetrieb / Biogasbetrieb<br />
3.1 Entstehung von Biogas<br />
Die Methangärung, die auch die Grundlage für die Entstehung von Biogasen<br />
(z.B.: Deponiegas) darstellt, ist ein wichtiges Glied im Stoffkreislauf der Natur.<br />
Sie ist die letzte Stufe einer Kette von Gärungen, die die Umwandlung<br />
komplexer, hochmolekularer organischer Substanz in gasförmige Endprodukte,<br />
wie Methan und Kohlendioxid zum Ergebnis hat.<br />
Mit nur wenigen Ausnahmen können alle organischen Naturstoffe diesem<br />
anaeroben Umsetzungsprozess unterworfen werden. An diesem Vorgang ist<br />
eine große Anzahl, in komplexer Abhängigkeit stehender Mikroorganismen<br />
(Bakterien) beteiligt. Natürliche Standorte solcher Mischpopulationen sind in<br />
der Natur Sümpfe, Reisfelder, Moore, Schlammschichten in Seen, Flüssen und<br />
Meeren, der Pansen von Kühen, etc. Jährlich werden auf diese Weise ca. 300<br />
bis 400 Mio Mg Methan gebildet<br />
Deponiegas entsteht im Deponiekörper, d.h. alle im Deponiekörper durch<br />
mikrobielle Umsetzungsprozesse entstandenen gasförmigen<br />
Stoffwechselprodukte, sowie die in die Gasphase übergegangenen<br />
abgelagerten Stoffe werden unter dem Begriff Deponiegas zusammengefasst.<br />
Gemäß dieser Definition gehört Deponiegas ebenso wie die Faul- und<br />
Sumpfgase in die Gruppe der Biogase, die sich überwiegend aus Methan und<br />
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Kohlendioxid zusammensetzen.<br />
3.2 Zusammensetzung von Biogasen<br />
Die Deponiegaszusammensetzung ändert sich im Laufe der Zeit. Biogase im<br />
Fermenter (kontinuierlicher Betrieb) nicht. Kurz nach der Ablagerung herrschen<br />
oberflächennah aerobe Bedingungen. Später etablieren sich dann die<br />
einzelnen Abbauschritte nacheinander, bis in der vierten Zeit-Phase alle Stufen<br />
im Gleichgewicht sind (Stabile Methangärung). Das Deponiegas besteht dann<br />
aus 55 bis 60 % Methan sowie 40 bis 45 % Kohlendioxid. Im Zeitraum von<br />
Jahrzehnten kommen weitere Phasen hinzu.<br />
Neben den beiden Hauptkomponenten Methan und Kohlendioxid enthält<br />
Deponiegas eine große Anzahl von Spurenstoffen, die entweder selbst durch<br />
biologische Umsetzungsprozesse entstanden sind oder aber im Deponiekörper<br />
abgelagert wurden und auf Grund ihres Dampfdruckes zum Übergang in die<br />
Gasphase tendieren. O2, FCKWs, Cl, F, Si, S, H2S, NH3, …..<br />
Bei Biogasanlagen sind neben den Schwefelverbindungen (“S”) noch O2 <strong>als</strong><br />
Luftsauerstoff (Luftdosierung) zur biologischen Gasreinigung (Entschwefelung)<br />
zu erwähnen.<br />
3.3 Zeitlicher Verlauf der Deponiegasproduktion<br />
75 %<br />
50 %<br />
25 %<br />
N 2<br />
I II III IV V VI VII VIII IX<br />
O 2<br />
H 2<br />
Verlauf der Deponiegaszusammensetzung in Abhängigkeit von der Zeit (Farquhar/Rovers<br />
1973) mit Langzeitmodell Franzius 1981 sowie Rettenberger& Mezger 1992<br />
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CH 4<br />
CO 2<br />
N 2<br />
O 2
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3.4 Explosionsfähige Atmosphäre des Biogases / Deponiegases<br />
Explosionsfähige Gas – Atmosphäre nach EN 60079-10 / VDE 0165 Teil 101:<br />
Unter atmosphärischen Bedingungen vorliegendes Gemisch von Luft und<br />
einem brennbaren Material in Form von Gas, Dampf, Nebel oder Staub, in dem<br />
sich nach Zündung die Verbrennung im gesamten unverbrauchten Gemisch<br />
fortpflanzt.<br />
Das Dreistoffdiagramm für Biogase finden Sie: unter 4. Anlagen zu diesem<br />
Vortrag - siehe Anlage 4.1.<br />
Es muss <strong>als</strong>o zwingend neben einem Methangehalt zwischen ca. 4,4 Vol %<br />
und 16, 5 Vol % ein Sauerstoffgehalt von > ca. 11 Vol % zeitgleich herrschen,<br />
damit eine explosionsfähige Atmosphäre entstanden ist. Alle anderen Bereiche<br />
sind entweder „innert“ oder „brennbar“.<br />
Explosionsgefährdeter Bereich nach EN 60079-10 / VDE 0165 Teil 101:<br />
Bereich, in dem eine explosionsfähige Gasatmosphäre in solchen Mengen<br />
vorliegt oder erwartet werden kann, dass Maßnahmen hinsichtlich der<br />
Bauweise, der Installation und der Verwendung von elektrischen<br />
Betriebsmitteln erforderlich sind.<br />
3.5 Praktische Umsetzungen für den Betrieb / Betreiber<br />
Strukturierung von Deponiegasanlagen / Biogasanlage in<br />
explosionsschutzrelevante Bereiche <strong>als</strong> Basis für eine Zoneneinteilung<br />
Eine Deponiegasabsauganlage kann bezüglich der Beurteilung des<br />
durchzuführenden Explosionsschutzes in drei Bereiche eingeteilt werden:<br />
I. Gasführende Anlagenteile im Unterdruckbereich<br />
Gefahr: Eintritt von Luftsauerstoff<br />
II. Gasführende Anlagenteile im Überdruckbereich<br />
Gefahr: Austritt von Biogasen in die freie Atmosphäre bzw. umbauten<br />
Räumen und eventl. Schächten<br />
III. Umgebung der gasführenden Anlagenteile<br />
Gefahr nur wie bei II.<br />
Pragmatische Umsetzung: siehe Diskussion im Vortrag am Ende der<br />
Präsentation.<br />
3.6 Nichts ist unmöglich / Die Freiheit nehme ich mir / Entdecke die<br />
Möglichkeiten<br />
Übrigens: Die Druckbehälterverordnung, Dampfkesselverordnung,<br />
Gashochdruckleitungen, ElexV, VbF, …..<br />
diese und andere Verordnungen wurden nach § 11 1.GSG aufgehoben !!!<br />
Und aus den über 100 BG / GUV – Regeln sollen am Ende (wann sagt noch<br />
KeineR) nur noch 8 – 10 übrig bleiben.<br />
D.h. ein Betreiber einer Gasanlage ist nun in die Lage versetzt, anhand seines<br />
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Wolfgang H. Stachowitz für DAS – <strong>IB</strong> <strong>GmbH</strong> www.das-ib.de Fax 0431 / 6838314<br />
Gedanken und Fakten im Rahmen einer Gefahrenanalyse zum Explosionsschutzdokument gemäß Betriebssicherheitsverordnung ATEX<br />
– Auswirkungen auf den Gasbetrieb bei Deponien und Biogasanlagen<br />
eigenen Betriebes, den er selbst durch die Ausführung von Wartungen,<br />
Inspektionen, Optimierungen etc. beeinflussen kann, im Rahmen des<br />
Explosionsschutzdokumentes (Gefahrenanalyse) „sicherheitstechnisch zu<br />
bewerten und auszuführen“.<br />
Und wer sich nicht traut … setzt auf „Sachverstand“.<br />
Am Ende bleiben <strong>als</strong>o:<br />
mehr Eigenverantwortung und Gestaltungsmöglichkeiten für betriebliche<br />
Regelungen. Hier die Zonen „ festlegen“ und dann die Arbeitsmittel nach<br />
94/9/EG für diese Zonen einsetzen!<br />
…. oder Ihr weiteres Interesse gefunden haben,<br />
sich detailliert und umfassender in einem unserer Lehrgänge zu diesem Thema<br />
eine eigene Meinung zu bilden z.B. heute am Mittag oder www.dasib.de/veranstaltungen.htm<br />
mit weiteren Terminen<br />
4. Anlagen zum Explosionsschutzdokument<br />
4.1<br />
Dreistoffdiagramm, atmosphärisch<br />
für den Explosionsbereich Methan / Luft / CO2- N2 – Gemischen<br />
Nach Tabasaran / Rettenberger (UBA – Forschungsbericht 12/1982, Nr. 10302207 Teil1)<br />
DAS – <strong>IB</strong> <strong>GmbH</strong> DeponieAnlagenbauStachowitz<br />
Flintbeker Str. 55<br />
0 100<br />
10 90<br />
20<br />
80<br />
30<br />
70<br />
40<br />
60<br />
50<br />
50<br />
60<br />
40<br />
70<br />
80<br />
N2 30<br />
20<br />
90<br />
CO 10<br />
2<br />
100<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100<br />
Methan [%]<br />
D 24113 Kiel<br />
Tel. + Fax # 49 / 431 / 683814 www.das-ib.de info@das-ib.de<br />
Biogas-, Klärgas- und Deponiegastechnologie:<br />
•· Beratung, Planung, Projektierung<br />
•· Schulung von Betreiberpersonal<br />
•· Sachverständigentätigkeit<br />
Luft [%] best. 21<br />
Vol % O2<br />
Inertgas CO2 / N2<br />
[%]<br />
Explosionsbereich: Überschreitung von 11,6 Vol % Sauerstoff und<br />
zw. 4,4 (5) Vol % Methan (100 % UEG) und 16,5 (15) Vol % Methan (100 % OEG)<br />
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5
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Gedanken und Fakten im Rahmen einer Gefahrenanalyse zum Explosionsschutzdokument gemäß Betriebssicherheitsverordnung ATEX<br />
– Auswirkungen auf den Gasbetrieb bei Deponien und Biogasanlagen<br />
94/9/EG<br />
Kennzeichnung nach Anhang II 1.0.5<br />
Name / Anschrift des<br />
Herstellers<br />
E nach europ. Recht<br />
Stachowitz, Juli 2003<br />
Si - Kennzahlen<br />
CE<br />
Ex<br />
Explosionsgeschützt<br />
Kategorie:<br />
M1 / M2 / 1 / 2 / 3<br />
Sicherheitstechnische Kennzahlen<br />
siehe Folie 19, hier:<br />
für Zone 1<br />
Durchführung: DAS – <strong>IB</strong> <strong>GmbH</strong>, www.das-ib.de, info@das-ib.de<br />
Serien Nr.: Typ Bj.<br />
Atmosphäre:<br />
EEx 2 G d IIA T4<br />
G: Gas-, Dampf-, Nebel-, Luft – Gemische<br />
D: Staub<br />
Zündschutzart:<br />
hier: d druckfeste<br />
Kapselung<br />
Temperaturklasse<br />
hier:T4<br />
max.<br />
Oberflächentemperatur<br />
< 135 °C<br />
Explosionsgruppe<br />
hier: IIA z.B. CH4<br />
Literaturwert<br />
Veranstalterin: DAS – <strong>IB</strong> <strong>GmbH</strong>, www.das-ib.de, info@das-ib.de<br />
Deponiegas: Mischung aus Methan, Stickstoff, Kohlendioxyd und Sauerstoff<br />
Zündtemperatur: 537 °C (Methan 595 / 650)<br />
Explosionsbereich: ca. (4,4) 5 - 15 (16,5) Vol %<br />
Dichteverhältnis: ca. 1 – 1,25 (CO2 ca. 2 // CH4 ca. 0,7)<br />
Für Methan<br />
Zündgruppe: T 1 ( > 450°C, Zündtemp. der brennbaren Substanz)<br />
Explosionsgruppe IIA<br />
Mindestzündenergie: 0,28 mWs (0,28mJ)<br />
max. Explosionsdruck (überdruck) für Methan: 7,06 bar<br />
4.2 Kennzeichnung von Betriebsmitteln<br />
Einordnung nach IEC-Report 60 079-20 (1996), Quelle Tab. 56 D-116; Gase – Dämpfe.. Fa. Dräger<br />
sowie: Redeker / Schön 6. Nachtrag zu Sicherheitstechnische Kennzahlen brennbarer Gase und<br />
Dämpfe, 1990<br />
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25<br />
16
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Gedanken und Fakten im Rahmen einer Gefahrenanalyse zum Explosionsschutzdokument gemäß Betriebssicherheitsverordnung ATEX<br />
– Auswirkungen auf den Gasbetrieb bei Deponien und Biogasanlagen<br />
4.4<br />
Personenschutz<br />
Stachowitz, Oktober 2003<br />
Veranstalterin: DAS – <strong>IB</strong> <strong>GmbH</strong>, www.das-ib.de, info@das-ib.de<br />
Personen Schutz: (siehe auch Vortrag: Grundlagen der Deponiegastechnik)<br />
Sauerstoff (O2): < 17 Vol % Sauerstoffmangel, darunter erst Verminderung der<br />
Leistungsfähigkeit bis Bewusstlosigkeit und Tod bei ca. 6 – 8 Vol % deshalb > 20 Vol %,<br />
Kohlenstoffdioxid (CO2): MAK 5000ppm = 9.100 mg/m3 = 0,5 Vol %) geruchlos; ab 1 Vol<br />
% erste Beeinträchtigungen und Schädigungen<br />
Methan (CH4): 100 % UEG, Ex = 4,4 Vol %; Grenzwert: 20 % UEG = 0,9 Vol %<br />
Schwefelwasserstoff (H2S): MAK 10ppm = 14 mg/m3 = 1 / 1000 Vol % und Ex bei > 4,3<br />
Vol % bis 45,5 Vol %<br />
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26
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Gedanken und Fakten im Rahmen einer Gefahrenanalyse zum Explosionsschutzdokument gemäß Betriebssicherheitsverordnung ATEX<br />
– Auswirkungen auf den Gasbetrieb bei Deponien und Biogasanlagen<br />
Wolfgang H. Stachowitz, www.das-ib.de Seite 16 / 16